数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
9 A; P4 z" p$ l7 ^! K$ D  {由于机床本身结构的需要，保证机床的整体刚性以及长导轨的稳定性，因此对于同一个坐标采用同步电机驱动，是当今机床厂普遍采用的方法。有助于提高伺服系统的刚性，克服单丝杠引起的位置偏差，避免弹性变形，确保机床的高精度。
二、功能简介
同步轴功能一般用在2个或多个机械连接的机床坐标，该坐标没有机械偏移；在编程的基础上，定义一个同步的坐标。
+ B0 H/ K0 f3 ~8 G7 z2 b同步移动时，系统检测位置的当前值，是否在系统设定的误差范围之内。当同步附属轴偏离主动轴位置范围之外的话，系统会停止所有的坐标移动，有效防止由于不同步对机床机械部分进行的损坏。
$ ~: E% o& J1 ]: h同步轴功能的目的是为了严格检测坐标在导轨上的移动精度。
三、 应用
同步轴功能用于大型龙门铣床的龙门同步功能，每一边都由自己本身的位置测量循环系统。由于机械硬件连接需要，两个驱动必须绝对同步，已保证机械应力变形。一个同步组由一个主导轴和最多2个从动轴组成。
四、硬件组织和同步定义
- E8 f8 I  ]7 g# N" s大型数控龙门铣床是由多个坐标单元组成（见下图）。每个坐标驱动都是单独的驱动系统，有自己的测量循环，组成一个完整的坐标系统。当机械坐标移动时，如图两组坐标X和X1，Z和Z1必须保证完全同步，否则会对机械部件造成损害。
; B6 Q0 n% n5 |  b
4．1关键词含义：
# |. [1 N, x6 A①同步轴组
同步轴组由至少一对坐标组成，包含一个主动轴和一个从动轴，这些轴都为机械连接。移动时必须同时由NC控制移动。所不同的是两个坐标位置检测系统都是单独的。
* L  l) \- A# M& a- z5 a1 y3 x②主动轴
% i7 p) K( |( V% u" ~% b% U主动轴是NC控制的普通的机械坐标，可对其进行零件编程的直线或旋转轴。轴名是由同步组进行定义的。
③从动轴
从东轴也是由NC进行控制，但它总是随着主动轴的移动进行移动。轴名也是由同步组进行定义的。
" B/ I8 _: H. Z' @0 G, [4．2坐标定义
坐标定义是由机床数据GANTRY_AXIS_TYPE来定义的:定义坐标是否属于同步组内，以及是主动轴还是从动轴。每组同步轴组都是由一个主动轴，和最多2个从动轴组成。
4．3同步轴组的条件
同步轴组不能包含主轴
从动轴不能是定位轴
从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
同步轴组的坐标，每个坐标诸如匹配速度，加速度和动态响应时间等必须一致
+ c0 B3 J1 S" @% C0 X2 G: ^$ F4．3同步组实际坐标值误差监控
5 K8 u. |2 ]; |% {+ p4 |同步轴警示限制
0 h# G: d. U& a7 H- z4 l" Q主动轴与从动轴超出警示范围，NC系统输出报警信息：超出极限范围。同时PLC输出信号，使机床停止自动运行。
同步轴行程限制
同步轴组超出行程范围。
五、同步轴的参考点和同步设定
: I2 n' M% t+ |5．1主动轴的参考点设置方法
7 \7 o9 A, D* ~# \0 p+ N坐标的参考点设定由PLC的DB块进行，要根据坐标驱动类型，进行PLC的指定回参考点编程。启动该功能。启动方法为将PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）设置为1。
, M- x7 H2 E5 [, S$ Z; y" o. b, q5．2从动轴的参考点设置方法
当主动轴回参考点完成后，从动轴将自动回参考点。从动轴的参考点是由主动轴决定的。不能单独进行从动轴的回参考电动作。
7 p- U: I5 r$ D5．3回参考点后同步轴组将根据NC编程要求自动运行。
六、与同步相关的机床资料
6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
5 y0 ~5 n) d+ P该机床数据是用来定义2组同步基本特性：该坐标是否属于同步组内坐标，是哪一个坐标（主动轴或从动轴）。具体位设置如下图：

! p  Q1 B+ U8 o* f对于840D系统，可以配置最多3个同步组。一个同步组必须要由一个主动轴和最少一个从动轴组成。同组的轴不能再重复使用，如果定义错误，控制系统将输出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示机床同步组配置错误。
该配置举例如下：
0        没有同步轴
! y, a( i0 n1 b  O$ Y1        同步轴组1中的主动轴
11        同步轴组1中的从动轴
- G7 s6 V6 }. U1 l) B/ R5 C2 m2         同步轴组2中的主动轴
12        同步轴组2中的从动轴
  O) U2 C! w' [, m! ]; U6 [3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
6．2
2 C4 {/ A6 l9 w+ [6 n$ ~MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
6 T( W2 I9 M4 |! H7 B/ z这两个数据是为机床同步服务，保证机床坐标的正常同步精度，以完成机床的同步运动，并相关的输出信息以提示是否超出机床同步的范围。
5 q1 ^$ b7 F+ T. [6 c- _. f定义这些数据后，机床同步就可以试运行。
七、同步轴信号描述
( N% @- A+ G" r. Q% m7．1NC控制坐标轴的信号描述
1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
6 w  w& ?  V, N. C, N+ R使机床同步开始运行，并保证同步误差在允许范围之内，否则此信号置0。
2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
7 Z$ f6 V8 w! R1 D开始自动运行同步组，与上个信号同类。
: y1 y; ]" C5 c: I  {+ m% e" s, B# \7．2来自坐标轴的信号描述
& J8 s3 g- W! j* q& V1．同步移动误差极限DB 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系统发出的是否同步信号。由PLC接受并处理。
2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
- ~5 x& j/ ?" E" U  C* r3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
/ Z/ M8 a, `. V# J6 B! ^4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
+ N3 n% b/ E( n6 ?- T具体坐标同步信号如下表：
: K$ S" M" ]3 f" \: A/ o9 h  zDB号
. h- P' J, G- ^8 K7 _$ d位
内容
通用信号
11－14
5.2
% W) p0 F0 ?& J, M$ r6 U  @6 N启动机床REF功能
信道信号
, b5 ]) t  `/ C- r: `21－28
33.0
参考点启动
5 j* a; T' @  j* b% |8 A5 c坐标信号
9 h7 M9 s" D- H7 ^7 y* ^) z31, ... ;
9 G5 L& M7 v% N) o/ T3 V60.4，60.5
同步参考点
2 R+ H; p: p0 J8 Z- A31, ... ;
29.4
开始同步信号
* V) ~( b! V! b$ F9 H. q3 i31, ... ;
29.5
- N; p; }: o3 _5 v0 ^- P) J没有自动同步
4 P( Z2 F# |5 H' ~+ a31, ... ;
" Z( R+ t' |! s' Z7 p7 I) p; e101.2
同步行程极限
8 T- `+ O& R) |8 C7 B31, ... ;
. }- @8 ?, H- m! x101.3
同步警示极限
' B0 X% c; `& m4 y% S31, ... ;
101.4
同步准备好
" L( b0 F6 h3 ^: x4 v3 Q* I31, ... ;
, ^# K, ]' j2 t" x9 ]+ W" P- |7 C101.5
同步组已同步
6 G7 F1 G* D9 `% v2 g& |31, ... ;
4 W! a+ \/ {1 o# a101.6
同步组轴准备好
八、建立一个同步轴组
群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
5 p  P$ d! L: X1 w' H; H) b坐标3＝从动轴      采用增量测量回馈循环
第一步：修改以下机床数据

第二步：设置NCK PLC接口信号
6 N4 ^  J1 }* X% g4 _, T' |PLC程序的设置：
axis1 设置：
2 A! J. ?  h, ?# lDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
0 t! [& u8 ~" H# [( \8 s% c6 KAxis3置：
1 ~. [# c3 F0 R1 e" Z3 ]DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
$ r' f: R$ ~3 O$ Y6 @; o4 a机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
7 `1 @2 Q% G( p6 G+ P) e第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
. ?2 I3 }0 h2 @+ y+ s37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
1 I6 `9 z, B, H- d' }: N0 z第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
3 r! m* A  K* \3 i$ M7 z* u( l6 B九、结束语
, A' U% J' p$ t, o* U3 v机床坐标同步是实际应用中实用的基础技术，要根据所采用的机床刚性和结构，采用不同的配置，才能达到所要达到的机床精度要求。
. w/ D- T1 x- u  ~/ d文章关键词： 数控机床